Nabíjanie elektromobilu z FV: AC vs. DC, plánovanie času.

Prečo riešiť nabíjanie elektromobilu z fotovoltiky

Prepojenie fotovoltiky (FV) s nabíjaním elektromobilu (EV) umožňuje maximalizovať vlastnú spotrebu, skrátiť návratnosť investície do FV a znížiť náklady na prevádzku vozidla. Kľúčom je správna voľba medzi AC a DC nabíjaním, vhodná architektúra meničov a inteligentné plánovanie času podľa výroby, zaťaženia domu a taríf distribútora.

Základy: odkiaľ prichádza energia a ako tečie

Domáca FV sústava vyrába jednosmerný prúd (DC), ktorý sa cez menič (invertor) premieňa na striedavý (AC) pre bežné spotrebiče. Nabíjanie EV môže prebiehať dvomi spôsobmi:

• AC nabíjanie (Mode 3) – wallbox dodáva AC do auta, palubná AC nabíjačka vozidla mení AC späť na DC pre trakčný akumulátor.
• DC nabíjanie (CHAdeMO/CCS) – externý DC zdroj dodá priamo DC do batérie a riadenie prebieha protokolom auta.

V oboch prípadoch je cieľom zladiť nabíjací výkon s okamžitým prebytkom z FV, aby sa minimalizoval odber zo siete.

AC vs. DC nabíjanie: technické a ekonomické porovnanie

Architektúry: AC-coupled vs. DC-coupled s FV

• AC-coupled (najčastejšie v rodinných domoch): FV → AC menič → domová sieť. Wallbox a ostatné spotrebiče zdieľajú AC zbernicu; prebytky z FV sa „rozdelia“ medzi dom, batériu (ak je AC) a EV podľa riadenia.
• DC-coupled (hybridné meniče a batérie na DC zbernici): panely a batéria sú na spoločnom DC, invertor napája AC vetvu domu. DC nabíjačka pre EV vie teoreticky čerpať priamo z DC zbernice, no domáce riešenia sú zriedkavejšie a drahšie.

Limity a hranice výkonu v praxi

• Palubná AC nabíjačka vozidla – mnohé autá majú max. 1-f ~7,4 kW alebo 3-f ~11 kW (niekedy 22 kW). Nabíjať nad tento limit AC cestou nie je možné.
• Minimálny prúd na fázu – pre Mode 3 je minimum typicky ~6 A na fázu; pri 230 V to znamená ~1,38 kW na fázu. Pod túto hranicu wallbox zvyčajne neprúdovo nereguluje.
• Jednofázové vs. trojfázové nabíjanie – 1-f nabíjanie je citlivejšie na nevyváženie fáz a „ťažšie“ trafí malé prebytky; 3-f zjemní reguláciu, no potrebuje vyšší minimálny súčet prúdov.
• Distribučné obmedzenia – hlavný istič, zmluvné maximum a pravidlá exportu; dynamické riadenie zaťaženia je preto kľúčové.
• Clipping FV – ak je DC/AC pomer panelov k meniču vysoký, poludnie môže byť obmedzované; inteligentné spúšťanie nabíjania presne v čase špičky znižuje straty.

Inteligentné riadenie a normy komunikácie

• OCPP (Open Charge Point Protocol) – štandard pre komunikáciu wallbox ↔ cloud/EMS; umožňuje diaľkovú reguláciu prúdu a plánovanie.
• IEC 61851 – základná signalizácia medzi EVSE a EV (nastavenie prúdu).
• ISO 15118 / „Plug & Charge“ – pokročilé funkcie vrátane autentifikácie a potenciálnej energetickej komunikácie (napr. pre budúce V2H/V2G).
• HEMS integrácia – domáci energetický manažment (invertor, batéria, bojler, TČ, wallbox) rozhoduje, komu priradiť kWh v každom okamihu.

Algoritmy nabíjania podľa prebytku z FV

• „Excess only“ – wallbox nabíja iba vtedy, keď je export do siete >= minimálny nabíjací výkon. Chráni pred odberom zo siete.
• „Excess preferred“ – preferuje prebytok, ale dovolí doberať zo siete do nastaveného stropu (napr. aby ste dosiahli cieľové % SOC do určitého času).
• „Time-of-use aware“ – kombinuje prebytky s lacnými časovými pásmami (nočný/nízky tarif). Najprv FV, zvyšok v lacnom okne.
• „Forecast-driven“ – HEMS využíva predpoveď počasia a výroby: ak sa čaká silné slnko, nabíjanie odloží; pri oblačnosti presunie časť do lacného okna.

Plánovanie času: ako nastaviť obmedzenia a ciele

• Dojazdový cieľ – nastavte cieľové % SOC a deadline (napr. 80 % do 7:00). Systém doplní chýbajúce kWh v najlacnejších/„najslnečnejších“ úsekoch.
• Okno nabíjania – definujte intervaly, kedy je auto doma (napr. 11:00–15:00). V týchto oknách povoľte moduláciu od minima po maximum podľa prebytku.
• Tarifné pravidlá – ak máte dvoj/troj-tarif, vytvorte prioritu: FV > nízky tarif > vysoký tarif.
• Fázové prepínanie – niektoré wallboxy vedia prepnúť 1-f/3-f podľa dostupného prebytku (zjemní to reguláciu a zvýši využitie FV).

Účinnosť a straty: kde miznú watty

• Invertor FV – typicky >96 %, no pri nízkych výkonoch účinnosť klesá.
• Palubná AC nabíjačka – ~92–96 %, závisí od prúdu; príliš nízky prúd znižuje účinnosť aj kvôli fixným stratám.
• DC nabíjačka – vysoká účinnosť, ale straty v káblovaní a chladení pri vyšších výkonoch.
• Standby spotreba – HEMS, wallbox, invertor; pri dlhom nízkovýkonnom nabíjaní percentuálne narastá.

Batériové úložisko vs. priame nabíjanie EV

Domáca batéria zvyšuje podiel vlastnej spotreby, ale každý medzi-krok prináša stratu. Najefektívnejšie je nabíjať EV priamo z FV vtedy, keď svieti slnko. Batéria má zmysel na večerný dojazd alebo pre kritické zálohované okruhy. Z hľadiska degradácie akumulátorov je výhodné držať EV v rozumnom SOC (napr. 30–80 %) a využívať rýchle DC len vtedy, keď je to naozaj potrebné.

V2H a V2G: obojsmerné scenáre

Vehicle-to-Home (V2H) umožňuje, aby EV napájalo dom, Vehicle-to-Grid (V2G) umožní export do siete. V praxi ide o DC alebo špeciálne AC meniče s certifikáciou a protokolmi (napr. ISO 15118). Pre rodinné domy je zatiaľ dôležitejšia technická pripravenosť infraštruktúry (rozvody, prepínanie, chrániče) než okamžité nasadenie – ale pri kúpe wallboxu sa oplatí pozerať na „V2H-ready“ ekosystémy.

Dynamické riadenie zaťaženia (DLB) a bezpečnosť

• DLB – wallbox meria hlavný prívod a prispôsobí nabíjanie tak, aby nepreťažil istič. Kombinuje sa s optimalizáciou pre prebytok FV.
• Selektívne istenie a SPD – predimenzujte ochrany na DC aj AC strane, RCD typu A/F/B podľa výrobcu EVSE.
• Vyváženie fáz – dôležité najmä v 1-f nabíjaní a pri citlivých pravidlách distribútora na nesúmernosť.

Modelový príklad plánovania pre rodinný dom

Dom s FV 8 kWp (E/W), 3-f menič 8 kVA, wallbox 11 kW, bez domácej batérie. Cieľ: dobiť EV z 30 % na 70 % (≈ 20 kWh) počas dňa a nedotiahnuť zo siete.

• Predpoveď: jasné poludnie 5–6 kW, ráno/večer 1–2 kW. Domová záťaž cez deň 0,8–1,2 kW.
• Nastavenie: „excess only“, min. 3-f 6 A → ~4,1 kW; povolené prepnutie na 1-f pri malom prebytku.
• Priebeh: 10:00–15:00 priemerne 4,5 kW do EV (po odrátaní domu). Za 5 h dodáme ~22–23 kWh → cieľ splnený bez odberu zo siete.

Ekonomika: koľko ušetrí inteligentné plánovanie

• Bez plánovania – EV berie aj v čase, keď FV nevyrába; vysoký podiel kWh z drahého pásma.
• S plánovaním podľa prebytku – pri bežnej domácnosti možno pre EV dosiahnuť sezónny podiel 40–70 % kWh z vlastnej FV (bez batérie), podľa návykov a víkendov.
• S tarifikáciou – nedostatok z FV doplníte z nízkeho tarifu; kombinácia často zníži priemernú cenu kWh do EV o desiatky percent.

Checklist pred výberom wallboxu a integrácie

• Podpora riadenia podľa prebytku (meranie toku do/zo siete CT svorkami alebo integrácia s invertorom).
• 3-f/1-f schopnosť a prípadné automatické prepínanie fáz.
• OCPP/HEMS kompatibilita, API, lokálna logika pri výpadku cloudu.
• DLB – ochrana hlavného ističa a prioritizácia okruhov v dome.
• Možnosti budúceho V2H/V2G alebo aspoň „ready“ ekosystém.

Najčastejšie chyby a ako sa im vyhnúť

• Nastavenie príliš nízkeho prúdu → slabá účinnosť a dlhé časy; radšej spúšťať v blokoch, keď je prebytok.
• Ignorovanie fázy a nesúmernosti → zásahy IST a zbytočné vypínanie.
• Nedostatočné meranie toku energie → wallbox „nevidí“ prebytky a doberá zo siete.
• Príliš ambiciózne DC riešenia v rodinnom dome bez reálnej potreby → vysoké CAPEX, dlhá návratnosť.

Odporúčaný postup pre rodinný dom

1. Začnite AC wallboxom s moduláciou podľa prebytku a DLB.
2. Preverte komunikáciu s invertorom/HEMS a meranie exportu do siete.
3. Nastavte okná a ciele (SOC, odchod z domu, tarify) a vyladite minimá prúdu.
4. Pridajte predikčné pravidlá (počasie, víkendy, dovolenky) pre lepšie zladenie.
5. DC riešenia zvažujte len vtedy, ak máte špecifické požiadavky na výkon alebo firemnú flotilu.

Zhrnutie

Pre rodinný dom je optimom inteligentné AC nabíjanie s moduláciou podľa prebytku, dynamickým riadením zaťaženia a plánovaním v čase slnečného maxima a lacných taríf. DC nabíjanie má svoje miesto pri vyšších výkonoch a flotilách, no v domácnostiach ho obvykle nenahrádza AC. Kľúčom je integrácia wallboxu s FV meničom a HEMS, realistické nastavenie limitov (fázy, ističe, minimálne prúdy) a plánovanie nabíjania podľa denného rozvrhu a predpovede výroby. Tak dosiahnete vysoký podiel „solárnych kWh“ v batérii EV, nízke náklady na kilometr a dlhú životnosť všetkých komponentov.